利用差动齿轮的并联机器人的手腕组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及并联机器人。具体是，利用差动齿轮使并联机器人的手腕部结构具有 3自由度的并联机器人。
【背景技术】
[0002] 并联机器人主要用于重量比较轻的产品或配件的高速移送，根据连接部的数量， 称为三角式（delta)机器人或quattro机器人。
[0003] -般三角式并联机器人具备基础部、可动部、连接基础部和可动部的第一至第三 连杆部，可动部上还具备手腕部。
[0004] 这种三角式并联机器人已在日本专利第4659098号中公开。
[0005] 日本国专利第4659098号中公开的并联机器人是将基础部件和可动部件之间用 由驱动连杆和手动连杆构成的三组连杆机构并列连接关节，同时在可动部件上具备可控制 末端执行器姿势的具有三自由度的姿势变更机构部的平行连杆机器人（见图1至图10)。
[0006] 根据日本国专利第4659098号的图5和图8查看手腕部的结构，手腕部（姿势变 更机构部，102)具备：向与包括连接可动部件（100)和三个手动连杆的各关节部旋转轴线 的平面相垂直的第四轴线（l〇6a)方向可旋转地连接的第一旋转部件（106);与第一旋转部 件（106)向第四轴线（106a)相直交的第五轴线方向（108a)可旋转地连接的第二旋转部件 (108);与第二旋转部件（108)向与第五轴线（108a)相直交的第六轴线（IlOa)方向可旋转 地连接的同时前端具备用于装配末端执行器的法兰面的第三旋转部件（110)。
[0007] 从三个电机分别传递各驱动力的三个独立的驱动轴向三个输入轴的各轴方向可 旋转地连接，三个电机的各驱动力通过姿势变更机构部（102)上配置的齿轮，向第四轴 线方向（l〇6a)、第五轴线方向（108a)、第六轴线方向（IlOa)驱动第一至第三旋转部件 (106, 108, 110)
[0008] 但是，日本国专利第4659098号公开的并联机器人的腕部结构实现以三个轴 为准的三自由度，但根据 Geometric optimization of serial chain manipulator structures for working volume and dexterity、R Vijaykumar、KJ Waldron、MJ Tsai、 1986, International Journal of Robotic Research，三个轴虽然相互形成 90 度，但并没 有在一个点上相遇，因此，无法满足从理论上具有优化作业领域的手腕机构。
[0009] (先有技术文献）
[0010] (专利文献）
[0011] (专利文献1)日本专利第4659098号
【发明内容】
[0012] (技术问题）
[0013] 为解决上述传统上存在的问题，本发明提供一种手腕结构的三个轴在一个点上相 遇，使手腕部的运动学结构接近基于学术理论的手腕优化机构的并联机器人。
[0014] 另外，本发明提供一种因三个轴在一个点上相遇而控制整个并联机器人时可控制 方向和位置的运动学解耦（Decoupling)容易而使控制变得简单的并联机器人的手腕结 构。
[0015] 另外，本发明提供一种通过差动齿轮只有一个旋转轴驱动时，通过两个电机使力 矩分散而具有冗余驱动的并联机器人的手腕结构。
[0016] (技术方案）
[0017] 为解决所述问题，本发明所采用的技术方案是，提供一种利用差动齿轮的并联机 器人的手腕组件，作为底盘和可动部之间由驱动连杆和手动连杆构成的三组连杆部并列连 接关节，所述可动部上结合可控制末端执行器姿势的具有三自由度的手腕组件的并联机器 人的手腕组件，其特征在于，所述可动部上安装有第一至第三输入轴，所述输出轴分别连接 于从三个电机传递驱动力的三个驱动轴；
[0018] 所述手腕组件包括：第一旋转体，连接于所述第一输入轴而以与所述可动部平面 相垂直的第一旋转轴为基准旋转驱动；第2-1旋转体，连接于所述第二输入轴，以所述第一 旋转轴直角方向的第二旋转轴为基准旋转驱动；第2-2旋转体，连接于所述第三输入轴而 以所述第二旋转轴为基准旋转驱动，并与所述第2-1旋转体形成差动齿轮装置的同时实施 旋转驱动；第三旋转体，以所述第二旋转轴直角方向的第三旋转轴为基准，通过所述第2-1 和第2-2旋转体的差动驱动旋转驱动，并安装有所述末端执行器。
[0019] 所述第2-1和第2-2旋转体的各前端和第三旋转体的前端相互形成差动齿轮对的 同时啮合而随所述第2-1和第2-2旋转体的旋转速度和方向，使所述第三旋转体以所述第 二旋转轴或第三旋转轴中的某一个以上旋转轴为准旋转驱动。
[0020] 其特征在于，所述手腕组件构成使所述第一旋转体旋转的第一齿轮线体；
[0021] 所述第一齿轮线体的构成包括：所述第一输入轴；与所述第一输入轴啮合的圆盘 形齿轮；装配在所述圆盘形齿轮的中心而向垂直的向下方向形成的第一旋转支撑轴；连接 于所述第一旋转支撑轴的前端，而向其中心点为基准的下方向开口的圆筒形第一旋转体。
[0022] 所述手腕组件构成使所述第二旋转体旋转的第二齿轮线体；
[0023] 所述第二齿轮线体的构成包括：第二输入轴，从驱动轴以万向接头为介质接收动 力；圆盘形齿轮，与所述第二输入轴啮合；垂直旋转支撑轴，装配在所述圆盘形齿轮的中心 而向垂直的向下方向形成，在下端形成圆盘形锥齿轮；第2-1旋转体，与所述圆盘形锥齿轮 啮合，而前端形成向直角方向变更旋转方向的锥齿轮；第2-1旋转支撑轴，由所述第2-1旋 转体的中心向水平方向延长而向内侧形成，在前端形成锥齿轮。
[0024] 所述手腕组件构成使所述第三旋转体旋转的第三齿轮线体；
[0025] 所述第三齿轮线体的构成包括：第三输入轴，从驱动轴以万向接头为介质接收动 力；圆盘形齿轮，与所述第三输入轴啮合；第二垂直旋转支撑轴，装配在所述圆盘形齿轮的 中心，下端形成圆盘形锥齿轮；第2-2旋转体，与所述圆盘形锥齿轮啮合，而前端形成向直 角方向变更旋转方向的锥齿轮；第2-2旋转支撑轴，由所述第2-2旋转体的中心向水平方向 延长而向内侧形成，前端形成锥齿轮。
[0026] 所述第一旋转轴、第二旋转轴和第三旋转轴在一个点相遇，所述一个点位于所述 手月:?组件内。
[0027] 假设所述第2-1旋转体和第三旋转体、所述第2-2旋转体和第三旋转体的减速比 均为1:1，所述第2-1旋转体的角速度为ω8，所述第2-2旋转体的角速度为COy，所述第二 旋转轴的角速度为ω2，所述第三旋转轴的角速度为ω3，则，COy = ω2+ω3, Cog = ω2-ω3
[0028] 利用以上数学式计算出可满足所需的任意的第三旋转体角速度ω2, ω3的第2-1 和第2-2旋转体的旋转速度，由此算出的角速度ω2, ω3是对电机的速度只乘以减速比的速 度，因此应用一般使用的电机速度控制方法，可以轻松地实施控制。
[0029] (有益效果）
[0030] 根据上述结构，本发明的有益效果是，提供一种手腕结构的三个轴在一个点上相 遇而接近从理论上保证手腕部可实现的方向的最大范围的手腕优化机构，机构学上的控制 变得简单，通过差动齿轮只有一个旋转轴驱动时，通过两个电机使力矩分散而具有冗余驱 动的（Actuation Redundancy)的并联机器人的手腕结构。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的利用差动齿轮的并联机器人的透视图；
[0032] 图2是本发明的利用差动齿轮的并联机器人的手腕组件透视图；
[0033] 图3是本发明的利用差动齿轮的并联机器人的手腕组件内部结合结构透视图；
[0034] 图4是本发明的利用差动齿轮的并联机器人的手腕组件剖视图；
[0035] 图5至图7是说明本发明的利用差动齿轮的并联机器人的手腕组件旋转实现原理 的示意图。
[0036] (符号说明）
[0037] 10:并联机器人 11:底座
[0038] 12:盖 13:底盘
[0039] 14a，14b，14c:连杆部 15:驱动连杆
[0040] 16:手动连杆 17:关节部
[0041] 18:可动部 1